## Analisis Pengaruh Konsentrasi Larutan Gula Dan Resin terhadap Transmitansi Laser

## Hartono*, Farzand Abdullatif, Sugito
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto Jl. Dr. Soeparno 61, Kampus Unsoed Karangwangkal *email: harlaras@gmail.com
Abstrak  – Penelitian  ini  merupakan  penelitian  pendahuluan  yang  bertujuan  untuk  mengkarakterisasi  bahan yang  dapat  digunakan  sebagai  pemandu  cahaya.  Pemandu  cahaya  dalam  penelitian  ini  dibuat  menggunakan selang  plastik  yang  di  dalamnya  dibiarkan  berisi  udara  sebagai  kondisi  referensi.  Sampel  lain  dibuat menggunakan  selang  yang sama tetapi diisi aquades, larutan  gula  dengan  variasi  konsentrasi 10%,  20%,  30%, 40%  dan  50%  serta  diisi  juga  dengan  resin  cair  bening.  Sampel  sebagai  bahan  uji  dibuat  dengan  panjang masing-masing 25 cm dan 50 cm dan diameter bagian dalam selang ¼ inch. Pengujian sampel dilakukan dengan menembakkan  laser  ke  dalam  ujung  selang  dan  mengukur  intensitas laser  yang  keluar  dari  ujung  selang  yang lain. Pengukuran intensitas sinar laser menggunakan sensor LDR yang selanjutnya diakuisisi menjadi intensitas transmitansi. Hasil pengujian terhadap semua sampel menunjukkan bahwa transmitansi cahaya dipengaruhi oleh indeks bias bahan dan kepekatan partikel dalam fluida sampel. Sampel dengan konsentrasi lebih besar dari 30% dan panjang selang 50 cm menghasilkan transmitansi kurang dari 50%.Hal serupa juga terjadi pada sampel dari bahan  resin  cair  bening,  dimana  pada  selang  dengan  panjang  25 cm  hanya  menghasilkan  transmitansi  sebesar 43,27%,  sementara  pada  selang  50  cm  hanya  26,38%.  Berdasarkan  analisis,  penurunan  tingkat  transmitansi dikarenakan  oleh  perbedaan  indeks  bias  antara  selang  dan  fluida  pengisi  selang.  Seharusnya,  indeks  bias  kulit selang  jauh  lebih  kecil  dari  pada  indeks  bias  bahan  pengisi  selang,  sehingga  peristiwa  pemantulan  internal sempurna dapat terjadi dengan baik.
Kata kunci: pemandu cahaya, transmitansi, indeks bias, pemantulan internal sempurna

## PENDAHULUAN
Wilayah  negara  Indonesia  sebagian  besar mendapatkan  paparan  matahari  dengan  jumlah yang  sangat  melimpah.  Potensi  energi  matahari rata-rata  di  Indonesia  mencapai  4,8  kWh/m 2 (Hamdi,  2014).  Namun  demikian,  penggunaan energi  matahari  sebagai  energi  listrik  maupun penerangan pada ruangan masih sangat minim.
Penerangan ruangan pada waktu siang hari dapat lebih dioptimalkan dengan memanfaatkan cahaya  matahari.  Salah  satu  persoalan  yang dihadapi  adalah  ruangan  yang  sudah  terlanjur dibuat  tanpa  akses  cahaya  luar  yang  cukup. Salah  satu  solusi  yang  dapat  dilakukan  adalah dengan  membuat  saluran  cahaya  agar  dapat masuk ke ruangan-ruangan yang tidak mendapatkan  akses  cahaya  matahari  secara langsung.  Fiber  optik  atau  serat  optik  yang selama ini digunakan untuk transmisi data dapat digunakan  sebagai  media  untuk  menyalurkan cahaya  matahari [1].  Namun  demikian,  fiber optik  yang  digunakan  mempunyai  ukuran diameter  inti  yang  sangat  kecil,  yaitu  6  mm. Metode lain dapat digunakan untuk menyalurkan  cahaya  matahari  ke  dalam ruangan. Light  Tube  Horizontal merupakan
salah  satu  terobosan  yang  dapat  digunakan untuk  mengarahkan  cahaya  agar  masuk  dalam ruangan. Sistem penyaluran cahaya menggunakan  pipa  atau  tabung  menggunakan prinsip pemantulan dalam pipa [2,3].
Penyaluran  cahaya  matahari  menggunakan fiber  optik  pabrikan  maupun  menggunakan sistem pipa masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan. Kelebihan
menggunakan fiber optik adalah dapat ditransmisikan  pada  jarak  yang  lebih  jauh  dan lebih  fleksibel.  Kekurangannya  adalah  kurang efisien,  mengingat  ukuran  fiber  optik  pabrikan yang  mempunyai  diameter  yang  sangat  kecil. Sistem  transmisi  cahaya  menggunakan  pipa mempunyai  kelebihan  lebih  efisien,  karena dapat  dibuat  dengan  bahan  yang  lebih  mudah dan  murah  serta  ukuran  yang  relatif  besar. Ukuran  pipa  yang  besar  akan  menyalurkan cahaya  yang  lebih  banyak.  Kekurangannya adalah tidak fleksibel.
Peningkatan media transmisi menggunakan fiber  optik  dilakukan  dengan  berbagai  cara. Sistem transmisi jarak jauh dengan menggunakan multycore merupakan  salah  satu cara  untuk  mengatasi  keterbatasan  ukuran
diameter  core  dari  fiber  optik [4]  Sementara teknik lain untuk mencoba mengatasi persoalan terkait  fiber  optik  adalah  dengan  memvariasi bahan dari core optiknya. Core optik merupakan bagian  dari fiber optik yang berperan melakukan  proses  pemantulan  sempurna  di dalam  medium  tersebut,  sehingga  cahaya  dapat ditransmisikan di dalamnya. Inovasi bahan core optik  yang  telah  dikembangkan  antara  lain menggunakan  granula  silika  dan  polimer dopping perylene derivatif [5,6]. Sistem transmisi  cahaya  akan  lebih  optimal  jika  media yang  digunakan  mempunyai  ukuran  yang  lebih besar. Penelitian ini mengkaji tentang kemampuan  bahan  untuk  mentransmisikan cahaya.
Perilaku  gelombang  secara  umum  dapat mengalami  pembiasan,  pemantulan,  polarisasi, dispresi  dan  difraksi.  Peristiwa  pembiasan gelombang  cahaya  akan  terjadi  apabila  cahaya melalui  batas  dua  medium  yang  mempunyai indeks bias yang berbeda. Perbedaan indeks bias antara dua medium akan menyebabkan perubahan  kecepatan  perambatan  gelombang, tidak  terkecuali  cahaya  matahari.  Akibat  yang terjadi  dari  peristiwa  ini  adalah  terjadinya perubahan  atau  pembelokan  arah  perambatan cahaya.  Peristiwa  lain  yang  dapat  terjadi  dari sebuah  gelombang  cahaya  adalah  pemantulan. Pemantulan  gelombang  cahaya  terjadi  apabila menumbuk bidang pemantul. Pemantulan gelombang  cahaya  terjadi  apabila  menabrak bidang  pemantul.  Konsep  dasar  terjadinya pemantulan  dijelaskan  dalam  sebuah  hukum Snellius tentang pemantulan, yaitu (1)
Gelombang datang, garis normal dan gelombang  pantul  berada  pada  satu  bidang datar,  (2)  Besarnya  sudut  datang  sama  dengan sudut pantul [7].
Serat  optik  digunakan  sebagai  media transmisi  cahaya  untuk  pencahayaan  sudah mulai dikembangkan sejak 1982. Mulai  saat  itu juga dikembangkan berbagai metode penggunaannya sebagai sarana untuk menunjang  sistem  penerangan [1].  Konsep pembuatan  serat  optik  pada  dasarnya  berada pada  material  inti  ( core )  dan  selongsong pembungkusnya ( cladding ). Material inti secara umum  terbuat  dari  bahan  bening  yang mempunyai  indeks  bias  tinggi.  Sementara bagian  selongsong  merupakan  bahan  reflektor atau material dengan indeks bias rendah. Seiring perkembangan  teknologi,  sebuah  serat  optik dapat berisi beberapa inti. Jenis serat optik yang hanya  berisi  satu  inti  disebut  dengan single
core , dan yang berisi inti banyak disebut dengan multycore [4].
Awal  perkembangan  serat  optik,  material inti  terbuat  dari  serbuk  kaca.  Seiring  dengan perkembangan  teknologi,  mulai  dikembangkan berbagai  material  penyusun  inti.  Kajian  terkait dengan inti serat optik untuk mendapatkan hasil yang  lebih  baik  dibuat  dengan  metode  silika granula berbasis sol-gel [5]. Metode ini diklaim dapat  memproduksi  serat  optik  dengan  cepat. Namun  demikian,  hasilnya  mempunyai  tingkat kerugian transmisi sebesar 1 dB/m. Kerugian ini dapat  dikurangi  dengan  penggilingan  berulang dan  pencairan  kembali.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  kemungkinan  penggunaan  material  lain untuk  bahan  inti  serat  optik  sangat  berpeluang untuk diteliti.

## METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen di Laboratorium Elektronika Instrumentasi  dan  Geofisika  Jurusan  Fisika FMIPA Unsoed. Kajian awal dari penelitian ini adalah  menentukan  tingkat  transmitansi  dari sampel  yang  telah  dibuat.  Sampel  yang  dibuat adalah  sebuah  media  transmisi  cahaya  berupa selang  yang  berisi  larutan  gula  dan  resin  cair bening.  Selang  yang  digunakan  adalah  selang bening  dengan  ukuran  ¼  inch  dan  panjang masing-masing 25 cm dan 50 cm. Larutan gula dimasukkan  ke  dalam  selang  yang  berguna sebagai inti ( core ) sebuah serat optik.
Larutan  gula  yang  digunakan  sebagai bahan  sampel  divariasi  konsentrasinya  dengan nilai  variasi  10%,  20%,  30%,  40%  dan  50%. Setiap  variasi  larutan  gula  masing-masing dimasukkan  ke  dalam  selang  yang  panjangnya 25  cm  dan  50  cm.  Selang  yang  sudah  diisi larutan  ditutup  pada  kedua  ujungnya  dengan menggunakan plastik bening yang tipis.
Kemampuan transmitansi dari setiap sampel diuji dengan menggunakan bantuan laser sebagai sumber dan sensor cahaya untuk tingkat transmitansinya.  Pengujian  dilakukan  dengan menembakkan  laser  pada  salah  satu  ujung  dan mendeteksi  keluarannya  menggunakan  sensor cahaya. Sensor cahaya akan memberikan respon berupa  tegangan.  Tegangan  keluaran  sensor akan  sebanding  dengan  tingkat  intensitas  sinar laser.  Kenaikan  intensitas  laser  akan  direspon oleh sensor cahaya dengan kenaikan tegangan.
Pengujian  awal  dilakukan  terhadap  sampel referensi,  yaitu  selang  kosong.  Sampel  dengan bahan  aquades  juga  dilakukan  pengujian  untuk
digunakan  sebagai  pembanding.  Tegangan respon  sensor  pada  saat  laser  ditembakkan melalui selang kosong dijadikan sebagai kondisi intensitas  awal  ( I 0 )  yang  kemudian  disebut tegangan  awal  ( V 0 ).  Semua  tegangan  respon sensor  dari  setiap  sampel  akan  dibandingkan terhadap V 0. Nilai  transmitansi  dihitung  dengan menggunakan persamaan berikut:
% 100 0 V V Tr s 
(1)
V s merupakan  tegangan  keluaran  sensor  pada setiap  sampel  uji,  dan  Tr  adalah  nilai transmitansinya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  yang  dilakukan  terhadap  semua sampel  menghasilkan  tingkat  transmitansi  yang dapat  ditunjukkan  seperti  pada Gambar  1 . Kemampuan
setiap
media dalam
mentransmisikan  cahaya  sangat  dipengaruhi oleh banyak faktor. Faktor-faktor tersebut antara lain kekeruhan, keberadaan zat pelarut, temperatur,  indeks  bias,  warna  dan  masih banyak  lagi.  Pada  penelitian  ini  hanya  akan ditinjau  faktor  indeks  bias  dan  kondisi  zat pelarutnya.  Berdasarkan  pada Tabel  1 dan Gambar  1 dapat  dilihat  adanya  penurunan tingkat  transmitansi  cahaya.  Penurunan  secara signifikan terjadi ketika konsentrasi larutan gula sudah  melebihi  30%.  sementara  pada  media yang  berisi  resin  bening  cair  juga  mengalami penurunan  yang  cukup  tinggi,  dalam  hal  ini hanya  mampu  mentransmisikan  43,27  %  saja pada  panjang  selang  25  cm.  Seiring  dengan pertambahan  panjang  media  juga  berdampak pada penurunan intensitas cahaya.
Penurunan  transmitansi  cahaya  pada  beberapa media pada penelitian ini lebih dipengaruhi oleh keberadaan  partikel  dalam  air/aquades.  Sesuai dengan  teori  bahwa  keberadaan  pelarut  dalam fluida  akan  menurunkan  kemampuannya  dalam mentransmisikan  cahaya.  Kehadiran  partikel yang bersifat absorber ternyata sangat mempengaruhi kemampuannya dalam mentransmisikan sinar. Tabel 1. Kemampuan media dalam mentransmisikan cahaya Keadaan media Tegangan Sensor Akibat Laser Transmitansi (%) 25 cm 50 cm 25 cm 50 cm Kosong 4,16 4,17 100,00 100,00 Aquades 4,16 3,80 100,00 91,13 Gula 10% 3,62 2,63 87,02 63,07 Gula 20% 3,64 2,81 87,50 67,39 Gula 30% 2,54 2,06 61,06 49,40 Gula 40% 2,65 1,68 63,70 40,29 Gula 50% 2,95 2,25 70,91 53,96 Resin 1,8 1,1 43,27 26,38
Gambar 1. Kemampuan transmitansi media

## KESIMPULAN
Berdasarkan  pada  hasil  pembuatan,  pengujian dan  analisis  terhadap  pemandu  cahaya  yang sudah  dibuat  maka  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut:
1. Model  pemandu  cahaya  telah  berhasil dibuat dengan menggunakan selang plastik yang  berdiameter ¼ inch  dengan  pengisi aquades,  larutan  gula  dan  resin.  Hasil pengujian  menunjukkan  hasil  yang  kurang maksimal.  Hal  ini  dikarenakan  indeks  bias pembungkus masih terlalu tinggi.
2. Model  penerangan  dengan  memanfaatkan pemandu  cahaya  hanya  dapat  menjangkau jarak maksimal 50 cm. Hal ini ditunjukkan dengan penurunan transmitansi yang cukup signifikan  pada  selang  dengan  panjang  50
cm.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Pada  kesempatan  ini  penulis  mengucapkan terimakasih  kepada  pihak-pihak  yang  sudah
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 Tr an sm it an si ( % )

## Keadaan dan panjang selang
25 cm 50 cm
membantu  pelaksanaan  sampai  penyelesaian penelitian  ini.  Penulis  mengucapkan  terima kasih kepada:
1. Rektor  dan  Ketua  Lembaga  Penelitian Universitas Jenderal Soedirman, atas dikeluarkannya  surat  keputusan  (SK)
tentang  pengangkatan  Tim  Peneliti  dan pendanaan penelitian
2. Dekan Fakultas MIPA yang telah memberikan  dukungannya  kepada  tim peneliti.
3. Ketua  Jurusan  Fisika  dan  Laboratorium Elektronika  Instrumentasi  dan  Geofisika yang telah memberikan fasilitas laboratorium.
4. Seluruh tim peneliti dan semua pihak yang terlibat  dan  telah  bekerja  sama  untuk menyelesaikan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  E.F.  Nugrahani,  K.  Sekartedjo  dan  A.M. Hatta,  Perancangan  Sistem  Transmisi Cahaya  Matahari  Melalui  Serat  Optik
untuk Pencahayaan Ruangan, Jurnal Teknik Pomits. 1(1) (2012) 1–6.
[2]  T.  Prawiranti,  O.Handojo,  ,  Penerapan Produk  Daylighting  untuk  Pencahayaan Ruang  di  Rumah  Susun,  Jurnal  Tingkat Sarjana  Senirupa  dan  Desain.  1  (2012)  1– 10.
[3]  F. Elsiana,  S.N. Ekasiwi, I.G.  Antaryama, Daylighting  Performance  of  Horizontal Light Pipe Branching on Open Plan Office Space, Dimensi. 42(2)(2015) 43–50.
[4]  Y. Sasaki,  T.  Katsuhiro,  M. Shoichiro,  A. Kazuhiko, S. Kunimas, Few-mode multicore  ﬁbers  for  long-haul  transmission line,  Optical  Fiber  Technology.  35  (2017) 19–27.
[5]  S. Pilz,  H.  Najafi,  M. Ryser,  V. Romano, Granulated  Silica  Method  for  the  Fiber Preform Production, Fibers 5(24) (2017) 1– 9.
[6]  P.  Itxaso,  A. Eneko  A,  R Federico, M. Asuncion  IGD,  G. Nekane,  G.  Olga, Z. Joseba, Fabrication and Characterization of  Polymer  Optical  Fibers  Doped  with
Perylene-Derivatives for Fluorescent Lighting Applications, Fibers. 5(28) (2017)
1–11.
[7]  Young  dan  Freedman,  Fisika  Universitas, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, (2003).